Fermilab, medio siglo de investigación en física de partículas en los Estados Unidos

Fermilab, el que fuera el mayor laboratorio del mundo en física de partículas, cumple 50 años. Creado en 1967 con el nombre de National Accelerator Laboratory, y renombrado en honor al físico italiano Enrico Fermi, el laboratorio ubicado en Chicago celebra este año medio siglo de trayectoria científica. Con el descubrimiento del quark bottom, del quark top y de uno de los tres tipos de neutrinos, Fermilab contribuyó a poner los cimientos del Modelo Estándar de Física de Partículas, además desarrollar la tecnología para aceleradores de partículas posteriores como el LHC. Con la vista puesta en un futuro dedicado a la física de neutrinos, una de sus científicas, Pushpalatha Bhat, repasa los 50 años del laboratorio en un coloquio Severo Ochoa organizado por el Instituto de Física Corpuscular (IFIC, CSIC-UV).

 

Fermilab comenzó sus operaciones en junio de 1967 en Batavia, a 50 kilómetros de Chicago (Illinois). Su primer acelerador de partículas fue el Main Ring, capaz de acelerar partículas a la energía de 2 gigaelectronvoltios (GeV) en 1972, algo nunca visto hasta entonces. El Main Ring fue la primera piedra del que sería el ‘buque insignia’ de Fermilab, su acelerador Tevatron, que fue capaz de alcanzar el siguiente nivel de energía, la región del teraelectronvoltio (TeV), en 1987, dando nombre precisamente a la nueva máquina. El Gran Colisionador de Hadrones (LHC) del CERN colisiona actualmente haces de partículas a 13 TeV de energía.

 

Entre los hitos científicos de Fermilab están los descubrimientos del quark bottom (fondo) en 1977 y el quark top (cima) en 1995. Son los quarks, los ‘ladrillos’ que componen la materia que vemos, más ‘pesados’ (masivos) del llamado Modelo Estándar de Física de Partículas, la teoría que describe las partículas elementales y sus interacciones. Por eso su descubrimiento requirió construir aceleradores de partículas cada vez más potentes, en virtud de la relación entre masa y energía establecida por Einstein.

 

Tevatron no llegó a cazar la pieza que culmina el Modelo Estándar, el bosón de Higgs. Se descubrió en el LHC en 2012, un año después de que Tevatron dejase de funcionar oficialmente. Para entonces el LHC ya era el mayor y más potente acelerador de partículas del mundo, con sus 27 kilómetros de circunferencia y 14 TeV de energía previstos (por los 6 kilómetros y 1 TeV de Tevatron).

 

No obstante, Fermilab y Tevatron son fundamentales para el desarrollo de la física de partículas. Las tecnologías desarrolladas en el laboratorio estadounidense para incrementar la energía allanaron el camino para el LHC y aceleradores posteriores. Tevatron fue el primero en utilizar imanes superconductores para dirigir los haces de partículas, utilizados después por el LHC. Sus detectores utilizaron por primera vez detectores de vértices de silicio, y fueron los primeros en lidiar con grandes cantidades de datos en computación. Además, Fermilab tiene un importante programa de desarrollo tecnológico para futuros aceleradores, empleado en proyectos como el Colisionador Lineal Internacional (ILC).

 

De cara al futuro, y ante la dificultad de competir con el CERN y el LHC en un terreno, la física de altas energías con aceleradores, cada vez más global y costoso, Fermilab apuesta por la física de neutrinos, uno de los campos de la física de partículas más prometedores para encontrar física más allá del Modelo Estándar. Ya en el año 2000 su experimento DONUT descubrió el neutrino tauónico, uno de los tres tipos de neutrinos que existen. Ahora, Fermilab prepara uno de los proyectos más ambiciosos en física de neutrinos, DUNE (Deep Underground Neutrino Experiment), una actualización de su experimento NOvA que enviará un haz de neutrinos muy intenso desde su sede hasta un detector enterrado a 1.300 kilómetros en Dakota del Sur. El IFIC participa activamente en DUNE.

 

Fermilab es también una importante escuela de formación para investigadores en física de partículas de todo el mundo. En los 28 años de funcionamiento de Tevatron, sus experimentos CDF y DZero, las primeras grandes colaboraciones científicas internacionales, generaron más de 1.000 tesis doctorales. Cada año recibe más 500 estudiantes y docenas de postdocs para realizar investigaciones en sus instalaciones. Además, más de 2.500 profesores de secundaria participan en sus actividades educativas.

 

La encargada de narrar la trayectoria de Fermilab es Pushpalatha Bhat. Formada en India, se incorporó al laboratorio estadounidense en 1989, donde desarrolla su trayectoria profesional desde entonces. Realizó contribuciones al descubrimiento del quark top y a la medida precisa de su masa. En 2006 se unió a la colaboración CMS, donde participó también en el descubrimiento del bosón de Higgs. Actualmente es directora adjunta del Programa de Planificación de Fermilab, y fellow de la American Physical Society (APS) y de la American Association for the Advancement of Science (AAAS). Además, es secretaria del comité Internacional para Futuros Aceleradores (ICFA), cuya 78ª reunión se celebra en el IFIC del 16 al 17 de febrero.

 

Más información:
http://50.fnal.gov

 

Colloquia IFIC - Severo Ochoa
“Fifty Years of Particle Physics and Discoveries at Fermilab”
por Pushalatha Bhat (Fermi National Lab)
Auditorio Edificio Cabecera. Parc Científic Universitat de València (entrada por calle Catedrático José Beltrán, 2).
Miércoles, 15 de febrero de 2017.
12:30 horas.
http://indico.ific.uv.es/indico/conferenceDisplay.py?confId=2892